Tytuł pozycji:
Zagadnienia elektromechaniczne czół uzwojeń stojanów maszyn elektrycznych dużej mocy prądu przemiennego
Monografia obejmuje trzy grupy zagadnień elektromechanicznych występujących w czołach uzwojeń stojanów maszyn indukcyjnych dużej mocy. Pierwsza z nich dotyczy doboru kształtu czół uzwojenia stojana oraz szablonów kształtujących czoła cewek. Druga grupa zagadnień obejmuje obliczenia i analizę sił elektrodynamicznych działających na czoła uzwojeń stojanów maszyn indukcyjnych w nieustalonych stanach ich pracy. Trzecia grupa dotyczy odkształceń czół uzwojeń stojanów wywołanych działaniem sił elektrodynamicznych. Przedstawiono własną metodą zapisu analitycznego pełnego przestrzennego zarysu czół uzwojenia stojana, przystosowaną do komputerowego wspomagania doboru ich kształtu. Podano zasady prawidłowego ukształtowania czół uzwojenia stojana. Opracowany w tym celu program komputerowy KUS umożliwia wyznaczanie zarysu czół cewek oraz szablonów do ich ręcznego lub maszynowego kształtowania. Program ten uwzględnia różne rozwiązania konstrukcyjne uzwojenia stojana oraz różne technologie wykonania szablonów kształtujących czoła cewek, stosowane w zakładach wytwórczych i remontowych maszyn elektrycznych dużej mocy. Podano przykłady zastosowania opracowanej metody wyznaczania zarysu czół cewek oraz szablonów do ich kształtowania. Zaprezentowano własne algorytmy obliczeń oraz przedstawiono opracowane programy komputerowe PEL i SEL do obliczeń sił elektrodynamicznych działających na czoła uzwojeń stojanów silników indukcyjnych dużej mocy i turbogeneratorów. Do obliczeń sił elektrodynamicznych przyjęto sprawdzoną wcześniej metodę wyznaczania oddziaływań elektrodynamicznych między przewodami z prądem elektrycznym. W obliczeniach uwzględniono przestrzenny kształt czół uzwojenia stojana i uzwojenia wirnika lub jego obwodów zastępczych. Przyjęto prądy w "nitkowych" przewodach uzwojeń lub nitkowych obwodach zastępczych wirnika oraz uwzględniono oddziaływanie rdzenia stojana i korpusu maszyny metodą zwierciadlanych odbić. Przeanalizowano wpływ kątów nachylenia tworzących stożków, na których są rozmieszczone czoła uzwojenia stojana na wartości sił elektrodynamicznych. Podano wyniki analizy komputerowej sił elektrodynamicznych działających na czoła uzwojenia stojana w różnych stanach nieustalonej pracy silników i turbogeneratorów W obliczeniach i analizie odkształceń czół uzwojenia stojana zastosowano dwie metody. Pierwsza z nich jest oparta na opracowanym algorytmie obliczeń i programie komputerowym MAK oraz OSC. Umożliwia ona dobór optymalnych usztywnień czoła wyodrębnionej cewki uzwojenia stojana, obciążonej siłami elektrodynamicznymi. Druga metoda polega na wykorzystaniu typowych programów komputerowych opartych na metodach elementów skończonych. Do budowy modelu obliczeniowego w tych programach wykorzystano wyniki obliczeń w pakiecie programów komputerowych CUSMEL, łączącym wszystkie ww. programy komputerowe. Zastosowanie programów opartych na MES umożliwia obliczenia i analizę odkształceń przestrzennego układu czół uzwojenia stojana, wywołanych działaniem sił elektrodynamicznych. Podano wyniki analizy komputerowej odkształceń czół uzwojenia stojana jednego z silników indukcyjnych dużej mocy oraz podano analizę komputerową skutków działania sił elektrodynamicznych, występujących w wyniku awarii silników indukcyjnych dużej mocy. Pokazano przykłady typowych skutków awarii uzwojeń stojanów takich silników pracujących w elektrowniach zawodowych i elektrociepłowniach, które zostały wywołane działaniem sił elektrodynamicznych. Przedstawiono metody pomiarów i badań w warunkach laboratoryjnych i przemysłowych skutków działania sił elektrodynamicznych na czoła uzwojeń stojanów maszyn indukcyjnych dużej mocy. Podano wyniki pomiarów amplitudy czół uzwojeń stojanów silników indukcyjnych, przeprowadzonych na stacjach prób oraz w elektrowniach zawodowych.
The monograph covers three groups of electromechanical problems occurring in stator end windings of high-power induction machines. The first group involves the selection of appropriate shapes of stator end windings and formers to form coil overhangs. The second group covers the calculations and analysis of electrodynamic forces acting on stator end windings of induction machines in nonstationary states of their operation. The third group involves the deformations of stator end windings effected by electrodynamic forces. We present our own method of analytical notation involving the full spatial contours of stator end windings, adapted for computer-aided selection of their shapes. We also provide principles for appropriate shaping of stator end windings. The computer programme KUS elaborated for those purposes makes it possible to define the contours of coil overhangs and forms for manual or machine-made forming. The programme allows for various constructional solutions of stator windings as well as various production technologies involving formers for shaping coil overhangs, which are applied in production or repair plants for high-power electric machines. We provide a few exemplary applications involving the elaborated method for the determination of contours of coil overhangs and formers for their shaping. We present our own calculation algorithms and computer programmes PEL and SEL elaborated for the calculation of electrodynamic forces acting on stator end windings of high-power induction motors and turbogenerators. For the calculations of electrodynamic forces, we applied the method for the determination of electrodynamic reaction between the leads and electric current, which had already been used successfully. We allowed in the calculations for spatial form of stator end windings and rotor windings, or respective equivalent circuits. We assumed the currents in 'thread' winding leads or thread equivalent circuits of the rotor, and we took into consideration the reaction of stator iron and machine casing, using the method of mirror reflections. We analyzed the influence of the inclination angles forming the cones, upon which stator end windings are located, on electrodynamic forces. Furthermore, we provide the results of computer analysis involving electrodynamic forces acting on stator end windings in different states of nonstationary operation of motors and turbogenerators. Two methods were applied for the calculations and analysis of stator end windings. The first one is based on the elaborated calculation algorithm and on computer programmes MAK and OSC. Due to the application of this method, it is possible to select optimal stiffening of the overhang of a given stator winding coil loaded with electrodynamic forces. The second method consists in the application of common computer programmes based on finite element methods. For the construction of the calculation model in these programmes, we used calculation results carried out in the software package CUSMEL which combines the computer programmes mentioned above. By the application of programmes based on MES, we can calculate and analyze deformations of the spatial system of stator end windings effected by electromagnetic forces. We provide also the results of computer analysis involving the deformations of stator end windings of one high-power induction motor as well as computer analysis involving the effects of electromagnetic forces which occur as a result of break-downs of high-power induction motors. We provide examples of typical effects of break-downs involving stator windings of such motors installed in commercial power plants and heat and power stations, which were effected by electrodynamic forces. We present measurement and testing methods in laboratory and operating conditions involving the effects of electrodynamic forces acting on stator end windings of high-power induction motors. We present also the measurement results involving the amplitude of stator end windings of induction motors carried out at testing stations and commercial power stations.
